電力物聯網中避雷器遠程故障監測與維護

葉濤

（國網寧夏電力有限公司檢修公司，寧夏 中衛 755000）

一、存在的問題

現有的避雷器監測裝置一般為有線式，與避雷器就近連接在一起，用于監測避雷器的漏電流和遭雷擊次數。查看避雷器監測裝置監測數據時，需要爬到線上，危險性較高。無線式避雷器監測裝置的監測終端一般由單片機、無線收發模塊、漏電流采集電路、雷擊次數采集電路、供電電源組成，單片機通過無線收發模塊將漏電流采集電路和雷擊次數采集電路所采集的監測數據發送至監測主機，查看監測數據較為方便。但是，現有的無線式避雷器監測裝置需要加裝太陽能電池板提供電能，這樣不僅提高了監測裝置的復雜程度，增大了整體體積，增加造成本，而且還降低了可靠性。

二、研究內容

為克服現有技術的不足，筆者設計一種結構簡單、成本低廉的高可靠性無線避雷器在線監測裝置。儲能電容并聯在整流橋的輸出端，端電壓經開關管組件和三端穩壓器為避雷器在線監測裝置供電。儲能電容端電壓還經過由第一電阻和第二電容組成的積分延時電路，施加至高電壓檢測器的輸入端。擬采用在避雷器內部植入溫度、電流傳感器和嵌入式芯片的方式，實現對溫度、電流等信號的監測。擬采用消息隊列遙測傳輸協議作為通信協議，定義一套完整的信號接口，涵蓋溫度、電流等檢測信號，以及避雷器故障、避雷器短路、避雷器失效、電池電壓不足、通信系統故障等故障報警信號。

三、創新點

采用并聯接線法，基于電流互感器感應并聯導線上電流的原理和方法，可以同時測量金屬氧化物避雷器的泄漏電流和雷擊次數。在金屬氧化物避雷器中金屬氧化物接近底部的位置放置一個金屬薄片，引一根導線穿過電流互感器后接至避雷器外殼地，此導線與底部的金屬氧化物形成并聯。在金屬氧化物絕緣性能良好的狀態下，金屬氧化物無泄漏電流，電流互感器感應到導線上的電流為零。在金屬氧化物絕緣性能變差的狀態下，有微弱的電流流過金屬氧化物，當電流流至接近金屬氧化物底部時，由于金屬氧化物底部阻性大，電流會全部流至并聯的導線上，電流互感器感應到導線上有微弱電流，一般為0～50mA，此電流即為金屬氧化物的泄漏電流。當直擊雷或感應雷到達金屬氧化物時，由于金屬氧化物的物理特性，雷擊電壓大于金屬氧化物的截止電壓閾值，金屬氧化物導通，大電流流至金屬氧化物底部。此時，絕大部分電流通過金屬氧化物流至外殼地，同時會分流部分電流，大小為1～5A。電流互感器感應到導線上的大電流，即可記錄雷擊次數。測量金屬氧化物的溫度，與環境溫度對比，判斷金屬氧化物是否發熱。結合測量得到的金屬氧化物泄漏電流，雙參數分析金屬氧化物避雷器的絕緣性能，準確性高，可以避免誤判。頂端承載的高壓線電壓沒有限制，可以適用10KV或35KV不同高壓等級，不需要修改測量單元的任何參數。采用窄帶物聯網技術，功耗低，延時短，成本低，體積小，測量數據直接傳輸至云平臺，安全可靠。可以根據用戶要求定時傳輸數據，在發生雷擊時，實時快速上傳數據，方便管理人員及時進行管理。

四、產品介紹

金屬氧化物避雷器當于一個很大的電阻，處于絕緣狀態。一旦系統發生過電壓，金屬氧化物避雷器立即激活進入工作狀態，成為導體，將高電壓釋放至大地，之后恢復為絕緣狀態，阻斷續流。金屬氧化物避雷器可以避免系統電壓持續升高，保護設備和人身安全。絕緣掛板起支撐連接且固定金屬氧化物避雷器的作用。智能監測模塊通過監測流過金屬氧化物避雷器的泄漏電流，實現對金屬氧化物避雷器狀態的監測。脫離器受到大電流沖擊時會自行脫落，方便定位線路中的故障點。

系統發生過電壓時，能夠及時收到信息，并確認故障點。后臺通過數據綜合判斷避雷器是否需要更換，使架空線路發生雷擊后的損失降到最低。在線監測裝置與金屬氧化物避雷器的腔室組合如圖1所示。絕緣護罩起絕緣與保護的作用，絕緣殼體起支撐、阻隔與絕緣的作用，絕緣外套是由硅橡膠制成的絕緣傘裙。金屬氧化物避雷器、智能檢測模塊、脫離器的作用與前述相同。鋁合金卡套用于卡住金屬氧化物避雷器芯體，并接地。金屬支架起支撐連接且固定金屬氧化物避雷器的作用。

圖1 在線監測裝置與金屬氧化物避雷器腔室組合

五、結束語

架空線路的防雷在電力系統中具有重要地位，如果防護措施不當，雷擊過電壓將會對電廠、變電站的電氣設備造成破壞，嚴重威脅電力系統的安全穩定運行。架空導線上直接安裝避雷器是一種有效的防雷方法，但避雷器一旦遭雷擊損壞，就成為架空導線的短路障礙，無法輸送電，且故障點的查找一直是一個難題。